茗彩注册 站点地图 茗彩平台 English
 
首页 > 技术交流 > 技术论文
180t转炉开发高等级汽车锻件用钢工艺
发布时间: 2016-07-29 来源:东北茗彩 浏览人数:5125
 

 

  随着我国汽车行业的蓬勃发展,对汽车零部件需求量越来越大,汽车锻件是汽车制造业中的基础安全件,曲轴、前轴、平衡轴、凸轮轴、半轴、十字轴、连杆、齿轮、同步齿环、转向臂、转向节、等速万向节、摇臂、拨叉和爪极等锻件广泛运用于商用车的动力部分、行驶部分以及悬挂部分。从工艺零件看,一台商用车锻件需求种类少则几十种,多则百余种。有数据表明,一辆重型载货汽车需求锻件1t左右。进而对汽车锻件用钢材料的需求量日益增长,对产品的质量要求越来越高,氧含量作为影响钢材疲劳寿命的重要因素,越来越受到重视。本钢转炉生产汽车锻件用钢过程中对氧含量、硬度、夹杂物、力学性能、组织和末端淬透性都有严格要求,以42CrMo-1为代表的超低氧汽车锻件用钢生产工艺,经过多年摸索及研究,氧含量控制逐渐趋于稳定,控制在[O]≤13×10-6,大大提高了汽车锻件用钢的疲劳寿命。
生产工艺流程
  本钢42CrMo-1汽车锻件用钢生产工艺流程为:高炉铁水→铁水预处理→转炉冶炼→精炼炉LF→真空脱气RH→大方坯连铸350mm×470mm连铸坯→步进式加热炉加热→高压水除磷→粗轧机轧制→连轧机组→缓冷→精整→探伤→检验→入库。
  转炉容量为180t,从高炉来的铁水进行严格的脱硫扒渣处理,满足入炉铁水[S]≤0.005%,[P]≤0.04%的要求。主要设备参数见表1。
表1 炼钢厂主要设备参数
名称
参数及功能
铁水脱硫扒渣
脱硫粉剂为钝化镁粉和石灰,吹炼速度8-14kg/min
转炉
顶底复吹转炉,容量150t,供氧时间14-16min
LF精炼
电极旋转式双工位165tLF炉,变压器容量35MVA,温升速率1-5℃
RH精炼
单工位RH-TB,六级真空泵,67Pa时抽气能力为600kg/h,循环速度130t/min
矩形坯连铸机
弧形,4机4流,断面350mm×470mm,中间包流量32t,拉速0.55m/min
炼钢工艺
2.1 转炉吹炼
  为了适应转炉快节奏,提高汽车锻件用钢的疲劳寿命和质量,要最大限度地控制汽车锻件用钢中原始氧含量,所以要使转炉终点的氧含量最低,以提高42CrMo-1钢纯净度。出钢过程中加入足量的铝进行脱氧处理。
  首先,对汽车锻件用钢的夹杂物生成机理进行热力学分析,确定夹杂物的生成和控制条件。然后根据转炉终点碳和氧含量情况,在出钢过程中确定该钢种的合金加入顺序及加入量。而且铝的加入量根据钢水终点碳含量确定,碳含量高时,降低Al的加入量。确保在良好脱氧条件下,减少钢中夹杂物的生成量,以提高钢的洁净度。
  根据本钢的实际生产条件,一般42CrMo-1钢出钢加铝过程在加完增碳剂条件下进行,此时[O]≤0.06%,因此,以铝脱氧可以获得较低的溶解氧水平,现场实际生产条件下,钢中会有较多的Al2O3夹杂物生成,在精炼中要进行Ca处理,对Al2O3夹杂物进行改性。
2.2 LF-RH精炼
  LF采用白渣操作,造渣前,将[Alt]调至标准上限。造渣材料采用萤石、活性石灰、精炼渣CaO-SiO2-Al2O3系,先加入萤石,再一次性加入活性石灰,要保证所有加入的石灰完全化开。脱氧剂(铝粒、碳粉等)在石灰完全化开后根据炉渣的脱氧程度一次适量加入,要造成还原渣,保证白渣的形成及维持。在保证渣流动性的条件下,控制渣碱度和渣中的氧势。
  炉渣的氧势对脱氧过程影响极大,而降低炉渣氧势的可靠措施就是降低炉渣中FeO+MnO含量并提高碱度,因此,要控制FeO+MnO≤1%,即可得白渣,并达到15min以上。然后合金化,用高猛、高铬、硅铁、钼铁等将Mn、Cr、Si、Mo成分达到标准范围,全程进行吹氩气搅拌,电极升温不低于25min。LF精炼处理时间为40min-45min,LF后控制[Alt]在0.01%-0.02%,然后转至RH精炼。
  RH精炼为抽真空过程,在较高的真空度下真空脱气,以保证托起效果和促进夹杂物上浮,要求循环20min以上,成分调整至满足内控要求后,吹氩气搅拌,使钢中的夹杂物进一步上浮进入渣中,提高了钢水纯净度。处理后期加入铝丸调整钢水中Alt含量,随后合金均匀化。
  在进行钙处理后,从理论上讲,随着钙含量的增加,反应产物应该是按C·A6→C·A2→C·A→C12·A7的顺序变化。为得到理想的低熔点钙铝酸盐夹杂物,需严格控制加入钢水的钙量。钙量小,Al2O3无法转变为液态铝酸钙;钙量过大,则有可能生成CaO。
2.3 矩形坯连铸
  钢包要密封好,采用大包覆盖剂、中间包覆盖剂、高碱度中包渣,中间包内氩气保护浇铸。中间包渣要勤加入,严禁钢液面裸露,做好长水口密封,以及侵入式水口,进行保护浇注,防止钢水的二次氧化。加强钢包、中间包耐火衬的隔热保温性能,减少衬体散热造成的温降,中间包温度控制在1508℃左右,控制连1炉次过热度≤28℃,其他炉次过热度控制在22℃左右,拉速与过热度相配,控制在0.50m/min左右。通过一系列的控氧措施,使成品汽车锻件用钢氧含量控制在[O]≤13×10-6的要求,统计20炉成品42CrMo-1钢平均氧含量为11×10-6
2.3.1 结晶器电磁搅拌
  本钢炼钢厂矩形坯连铸机都配置了结晶器电磁搅拌(M-EMS)。大幅降低钢液的过热度,缩短凝固时间,从而产生宽且细的等轴晶区;使凝固前沿强制对流,打碎凝固前沿的树枝晶,树枝晶的碎片重新熔化,降低了钢水温度,增加了等轴晶核心,封锁了柱状晶前沿的发展,形成了宽大的等轴晶区。钢液的搅动使液芯由外向内的温度梯度减小,四周结晶均匀发展,从而提高铸坯断面上的等轴晶率,使偏析元素均匀分布,避免溶质元素集聚,最终改善铸坯的偏析。
2.3.2 末端电磁搅拌
  末端电磁搅拌安装在凝固率fs=0.7-0.8的位置,进一步细化等轴晶,促进柱状晶向等轴晶转化,产生宽而细的等轴晶区,使之能致密充满凝固末端;减少二次枝晶的臂间距,以控制粘稠区的渗透性。并能保持粘稠区的流动以及温度与成分的均匀。因此,可以明显减轻宏观偏析。抽取20炉缸,每炉钢取一支试样,采用氧化法进行晶粒度检验,经930℃温度下保温3h、水淬。采用15%的盐酸乙醇溶液进行腐蚀,在显微镜下观察没有混晶现象,晶粒度为7级。由于热加工温度、初轧和终轧温度控制较好,所以晶粒较细,没有混晶现象。
  不同搅拌强度时,凝固钢中碳含量的变化表明,搅拌强度增强时,铸坯中的负偏析程度也加剧。当铸坯离开电磁搅拌区时,凝固钢中的碳含量会高于无电磁搅拌时的碳含量,发生了“正偏析”。搅拌强度越高,越容易发生正偏析。
2.3.3 动态轻压下
  本钢炼钢厂从2010年开始,在矩形坯上投轻压下,通过在连铸坯液芯末端附近施加压力,产生一定的压下量来补偿铸坯的凝固收缩量。这一方面可消除或减少铸坯收缩形成的内部孔隙,防止晶间富集溶质的钢液向铸坯中心横向流动;另一方面轻压下所产生的挤压作用,还可以促使液芯中心富集溶质的钢液沿拉坯方向反向流动,使溶质元素在钢液中重新分配。从而使铸坯的凝固组织更加均匀致密,达到改善中心偏析和减少中心疏松的目的。
  本钢42CrMo-1汽车锻件用钢采用在2、3、4辊上分别压下4mm、4mm和4mm,总压下量为12mm,铸坯疏松、缩孔明显减轻,等轴晶率平均达到58%。
2.4 矩形坯轧制
  转炉矩形坯加热4个小时后,1000℃的开轧温度进入返回式初轧机,初轧机采用二辊可逆式轧机,经十二架大棒机组后出成品,再进行48h保温后经漏磁探伤检测,确定没有表面缺陷,进行物理性能检验,各项指标检验全部合格后打包入库。
  表2、表3分别为成品夹杂物、力学性能检验结果。
表2 42CrMo-1钢的非金属夹杂物

范围
A类/级
B类/级
C类/级
D类/级
最大值
1.5
1.0
0.5
0.5
0
0
0
0
最小值
1.5
1.0
0.5
0.5
0
0
0
0
平均值
1.5
1.0
0.5
0.5
0
0
0
0

表3 42CrMo-1钢的力学性能
范围
Rm,N/mm2
Rel,N/mm2
A%
Z%
KU2,J
最大
1146
1031
15.5
58
88
最小
1122
1019
13.5
55
84
平均
1135
1124
14
56
85
 
化学成分
  化学成分是影响钢材性能的主要因素,在工艺技术稳定的情况下,化学成分窄带控制、稳定性、均匀性是保证钢材性能的前提条件。在实际生产中采用包内合金化与RH成分微调相结合,化学成分控制及成品成分见表4。
表4 42CrMo-1钢的化学成分

成分%
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
Ni
Cu
Alt
标准
0.37~0.42
0.15~0.35
0.60~0.90
≤0.025
0.015~0.030
0.90~1.20
0.16~0.25
≤0.30
≤0.20
0.020~0.060
放行
0.37~0.39
0.15~0.35
0.70~0.77
≤0.025
0.015~0.030
1.06~1.13
0.16~0.20
≤0.20
≤0.15
0.025~0.055
内控
0.37~0.39
0.20~0.30
0.71~0.76
≤0.020
0.016~0.028
1.07~1.12
0.17~0.19
≤0.10
≤0.10
0.030~0.050
目标
0.38
0.25
0.74
≤0.015
0.020
1.10
0.18
≤0.05
≤0.05
0.038
成品平均
0.38
0.26
0.745
0.012
0.020
1.11
0.18
0.02
0.008
0.040

结论
  1)转炉过程严格控制下渣量,控制出钢温度,详细研究了Al2O3的热力学反应。精炼过程采用白渣操作,对钙处理做了详细计算,连铸过程采用结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌和动态轻压下等设备,得到成分、组织均匀的42CrMo-1汽车用钢铸坯;
  2)铸坯经过加热、初轧及连轧机组后得到表面质量好、内部夹杂物细小且均匀分布、晶粒度细小、没有混晶现象、组织均匀的钢材;
  3)化学成分实行窄带严格控制,确保化学成分均匀性,经过严格的工艺控制和产品性能检验,得到了42CrMo-1汽车用钢铸坯。
 
 
 
摘选自《世界金属导报》2016年12期
上一篇:行业信息
下一篇:耐蚀性能优异的SAF 2707 HD双相钢
 
站点地图 法律声明 隐私政策 茗彩注册
版权所有:东北特殊钢集团股份有限公司  品牌网站建设:茗彩注册
辽ICP备05005497号